JPH07319356A - 画像形成装置のクリーニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】感光体ドラムの表面における残留物の種類に応
じて２つのクリーニング手段を分離して設け、感光体ド
ラムの表面を損傷したり被膜が形成されることなく長期
にわたって良好なクリーニング性能を維持し、感光体の
長寿命化および高速化を実現する。 【構成】感光体ドラム１０に対して間隙ｄを設けてロー
ラ２を配置し、このローラ２に電源装置３からバイアス
電圧を印加する。さらに、感光体ドラム１０の周面にお
いて金属ローラ２の下流側にローラ５を配置する。感光
体ドラム１０の表面に残留したトナー７は金属ローラ２
により回収し、トナー以外の付着物８は弾性ローラ５に
より回収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複写機、レーザプリ
ンタまたはファクシミリなどの電子写真法を用いた画像
形成装置において、一連の画像形成プロセスを終了した
画像情報形成体の表面に残留する残留物を除去するクリ
ーニング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法を用いた画像形成装置は一般
に、図１２に示すように、画像情報形成体である感光体
９０に対向して帯電チャージャ９１、現像装置９３、転
写チャージャ９４および除電ランプ９５を備えている。
感光体９０が矢印Ａ方向に回転すると、感光体９０の表
面は帯電チャージャ９１のコロナ放電により均一の帯電
電荷が付与され、図外の露光装置９２による露光を受け
て静電潜像が形成される。この静電潜像に対して現像装
置９３からトナー８１が供給され、静電潜像はトナーに
より顕像化される。感光体９０と転写チャージャ９４と
の間には図外の搬送装置により転写用紙９７などの転写
材が搬送され、転写チャージャ９４のコロナ放電により
感光体９０の表面において顕像を形成していたトナーが
転写用紙９７に転写される。このようにしてトナーを転
写した転写用紙９７は図外の定着装置による加熱および
加発を受け、トナー画像が転写用紙９７に定着する。

【０００３】以上の一連の画像形成プロセス中の転写プ
ロセスにおいて、感光体９０の表面に形成されたトナー
像の全てが転写用紙９７に転写されるわけではない。こ
のため、転写プロセスを終了した感光体９０の表面に
は、トナー像を形成していたトナーの一部が残留トナー
８２として残留する。また、感光体９０の表面には、コ
ロナ放電による生成物や転写用紙９７に含まれる紙粉お
よびタルクなどの付着物８３が付着する。このように感
光体９０の表面に残留する残留トナー８２や付着物８３
は、以後の画像形成プロセスに悪影響を及ぼし、画質の
低下を招く。そこで、転写チャージャ９４と除電ランプ
９５との間にクリーニングブレード９６などのクリーニ
ング手段を備え、クリーニングブレード９６の先端を感
光体９０の表面に当接させることにより、転写プロセス
終了後の感光体９０の表面に付着している残留トナー８
２および付着物８３を感光体９０の表面から掻き落とす
ようにしている。このほかにもクリーニング手段として
ファーブラシやクリーニングローラなどの部材を感光体
の表面に当接させるクリーニング装置があった。

【０００４】また、特公平５−１７５５２号および特公
平５−２３４３６号に開示されているように、感光体表
面に近接して空気吸引口または空気吹き出し口を設け、
感光体表面に接触することなく残留物を吸引または飛散
するようにしたものがあった。さらに、特開昭６２−６
７５７７号に開示されたものでは、回転軸を感光体に平
行にした金属ローラを感光体の表面との間に間隙を与え
て保持し、この金属ローラに直流バイアス電流に交流バ
イアス電圧を重畳した回収バイアスを印加してトナーを
金属ローラの表面に吸着するようにしたものがあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クリー
ニングブレードのように感光体表面に当接する部材を用
いたものでは、トナーを除去するために当接部分を充分
な硬度にするとともに、比較的大きな荷重により感光体
表面に当接させる必要があり、感光体の表面にトナーや
タルクなどの被膜が形成されたり、粒形の粗い紙粉によ
り感光体表面が損傷する場合があり、画質の低下を招く
とともに、感光体の寿命を短縮する問題があった。

【０００６】また、感光体表面に対して空気を吸引また
は吹きつける方法が、画像形成装置内に比較的大きな吸
引装置や送風装置を設ける必要があり、長期間にわたっ
て継続して使用すると吸引口において残留物が目詰まり
を生じ、吸引力の低下を招き、吸引した空気からトナー
を分離するためのフィルタの交換等のメンテナンスも必
要となる問題がある。一方、感光体に空気を吹きつける
方法では、感光体表面に効果的に空気を導くために感光
体表面に当接するブレードが設けられており、このブレ
ードによってトナーやタルクの被膜形成および紙粉によ
る損傷を生じる問題があり、また、排出された空気から
トナーを分離するためのフィルタのメンテナンスも必要
となる。

【０００７】さらに、回収バイアスを印加した金属ロー
ラにより感光体表面の残留トナーを吸着する方法では、
紙粉やタルクなどの非磁性体の付着物を除去することが
できない問題があった。

【０００８】この発明の目的は、感光体表面の残留物を
その種類に応じて除去できるようにし、感光体表面に損
傷やトナーまたはタルクなどの被膜が形成されることが
なく、感光体の長寿命化および高速化を実現できる画像
形成装置のクリーニング装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
は、画像情報形成体の表面に電子写真法により形成され
た静電潜像をトナーにより顕像化し、転写材上に転写す
る一連の画像形成プロセスの後に、画像情報形成体の表
面の残留物を除去する画像形成装置のクリーニング装置
において、画像情報形成体の表面からトナーを除去する
第１のクリーニング手段と、第１のクリーニング手段の
画像形成プロセスの下流側に画像情報形成体の表面から
トナー以外の付着物を除去する第２のクリーニング手段
と、を設けたことを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載した発明は、前記第１のク
リーニング手段が、 画像情報形成体の表面に間隙を設
けて対向配置した第１の回収体、および、第１の回収体
に画像情報形成体との間のバイアス電圧を印加する電源
手段から構成され、前記第２のクリーニング手段が、画
像情報形成体の表面に圧接して摺動する柔軟性を有する
第２の回収体であることを特徴とする。

【００１１】

【作用】請求項１に記載した発明においては、画像情報
形成体の表面に残留したトナーおよびトナー以外の付着
物が、それぞれ第１のクリーニング手段および第２のク
リーニング手段により個別に除去される。したがって、
第１のクリーニング手段および第２のクリーニング手段
のそれぞれを構成する部材として、それぞれ除去すべき
個別の対象に応じた特性を備え、かつ、画像情報形成体
の表面を損傷したり、皮膜を形成したりすることなくト
ナーおよび付着物を確実に除去できるものを選択するこ
とができる。

【００１２】請求項２に記載した発明においては、画像
情報形成体の表面に間隙を設けて対向配置した第１の回
収体に電源手段から画像情報形成体との間のバイアス電
圧が印加され、画像情報形成体の表面に残留したトナー
は、第１の回収体に吸引して画像情報形成体の表面から
除去される。第１の回収体の画像形成プロセスの下流側
には柔軟性を有する第２の回収体が画像情報形成体の表
面に圧接して摺動する。この第２の回収体により画像情
報形成体の表面に付着したトナー以外の付着物が画像情
報形成体から除去される。したがって、画像形成プロセ
ス終了後の画像情報形成体の表面に付着した残留トナー
およびトナー以外の付着物をそれぞれ第１の回収体およ
び第２の回収体により除去することができ、残留トナー
のみを他の付着物から分離して回収することにより再利
用が可能となる。また、画像情報形成体の表面に当接す
る部材によりトナーを除去する必要がないため、画像情
報形成体に対する第２の回収体の当接圧力を充分に低く
することができ、タルクによる被膜の形成や紙粉による
損傷を生じることがない。

【００１３】

【実施例】図１は、この発明の第１の実施例に係る画像
形成装置のクリーニング装置を示す図である。感光体ド
ラム１０は、この発明の画像情報形成体であり、アルミ
ニウム製のドラム基体と、このドラム基体の外周面に形
成された有機感光体層（ＯＰＣ層）と、からなる外形８
０ｍｍ、長さ３１０ｍｍの円筒形状を呈し、１７５ｍｍ
／ｓ程度の周速で回転する。画像情報形成体としてはド
ラム基体に限定されるものではなく、シート状としても
よく、また、材質はアルミニウムに限るものでもない。

【００１４】感光体ドラム１０の表面は、図外の帯電器
によってトナーとは逆極性に帯電され、画像情報に応じ
た露光によって感光体１０の表面に静電潜像が形成され
る。この静電潜像に対して図外の現像装置からトナーを
供給し、静電潜像を顕像化したのち、図外の転写器によ
って転写用紙上に転写する。この転写プロセス後におい
て感光体ドラム１０の表面には残留トナー７およびトナ
ー以外の付着物８が付着している。

【００１５】クリーニング装置１は、第１のクリーニン
グ手段を構成する第１の回収体であるローラ２、このロ
ーラ２にバイアス電圧を印加する電源手段である電源回
路３、および、ローラ２の表面から回収したトナーを掻
き落とすブレード４によって構成されている。ローラ２
は、その回転軸が感光体ドラム１０の回転軸に平行にな
るようにして微小な間隙ｄを設けて矢印Ｂ方向に回転自
在にされている。

【００１６】ローラ２は、アルミニウム、銅、鉄および
これらの合金材料などの導電性を有する金属材料、カー
ボンなどの導電性を有する材料を含有した導電性若しく
は半導電性のゴム、プラスチックなどの高分子有機材料
からなる非絶縁性材料の中実または中空の円筒状ローラ
である。このローラ２は、カーボン等の導電性を有する
材料を含有した導電性若しくは半導電性の高分子有機材
料を被覆した多層構造とすることもできる。

【００１７】ローラ２を非絶縁性材料で構成することに
より、強度および耐磨耗性等に優れた金属材料を用いる
ことができ、非絶縁性を有するために任意のバイアス電
圧を印加することができる。また、ローラ２をカーボン
などの導電性を有する材料を含有した導電性若しくは半
導電性高分子有機材料で構成することにより、エンジニ
アリングプラスチック中にカーボンファイバなどの導電
性繊維を分散させたＦＲＰなどのプラスチック材料、導
電性を有するエンジニアリングプラスチックやゴム、さ
らに導電性セラミックや傾斜機能性材料などを用いるこ
とができる。

【００１８】ローラ２を直径２０ｍｍ、長さ３１０ｍｍ
のアルミニウム製の中空の円筒状の金属ローラとし、表
面を平滑で、間隙ｄ＝２００μを与えて配置する。この
間隙ｄの値は機械的制約および電気的制約などにより任
意に設定することができる。ローラ２には、電源回路３
から例えば直流バイアス電圧が印加される。この直流バ
イアス電圧の印加により感光体ドラム１０の表面に残留
しているトナー粒子７をローラ２の表面に吸引する。ロ
ーラ２に付着したトナーは、ローラ２の表面に接触する
ブレード４により掻き落とされ、図外の回収ボトルに回
収される。

【００１９】第２のクリーニング手段は、第２の回収体
であるローラ５およびローラ５の表面から付着物をかき
落とすブレード６によって構成されている。ローラ５
は、絶縁性弾性材料で構成されている。たとえば、絶縁
性を有するソリットゴム、多孔質発泡ゴムなどの高分子
有機材料からなる中実または中空の円筒状ローラであ
る。このローラ５は、絶縁性を有する繊維等の高分子有
機材料からなるブラシ状ローラとすることもできる。

【００２０】ローラ５を絶縁性弾性材料により構成する
ことにより、成形性および生産性に優れたウレタン、シ
リコンなどで形成されるソリッドゴム、または多孔質発
泡ゴム等の高分子有機材料を用いることができる。

【００２１】ローラ５は、例えば、直径２０ｍｍ、長さ
３１０ｍｍ、硬度５０°の独立発泡ウレタン製の中実の
円筒状絶縁性の弾性ローラであり、感光体ドラム１０の
表面に接圧力２００ｇｆ／ｃｍで配置する。この接圧力
は感光体ドラム１０の表面の材質、表面の平滑性および
プロセス速度などに基づいて任意に設定することができ
る。

【００２２】以上の特性を有するローラ５は、感光体ド
ラム１０の表面に柔軟性をもって圧接摺動し、主にトナ
ー以外の付着物８を機械的剪断力により感光体ドラム１
０の表面から除去する。ローラ５により回収された付着
物８は、ローラ５の表面に接触するブレード６によりロ
ーラ５の表面から掻き落とされ、図外の回収ボトルに回
収される。

【００２３】図２は、この発明の第２の実施例に係る画
像形成装置のクリーニング装置の構成を示す図である。
同図においてローラ２、電源装置３、ブレード４、ロー
ラ５、ブレード６および感光体ドラム１０は図１に示し
た構成と同様である。ローラ５には、電源装置１１から
直流バイアス電圧が印加される。この直流バイアス電圧
はトナー以外の付着物８の帯電極性とは逆極性にされて
いる。これによってローラ５は、感光体ドラム１０の表
面に柔軟性をもって圧接摺動し、トナー以外の付着物８
を機械的剪断力に加えて直流バイアス電圧による静電力
によって感光体ドラム１０の表面から付着物８を除去す
るとともに、その表面に回収する。

【００２４】図３は、上記ローラの抵抗値とクリーニン
グ効率との関係を示す図である。第２のクリーニング手
段を構成するローラ５は、非絶縁性弾性材料で構成され
ており、例えばカーボンなどの導電性を有する材料を含
有した半導電性のソリッドゴムや多孔質発泡性ゴムなど
の高分子有機材料からなる中実の円筒状ローラである。
図３に示すように、ローラ５の体積抵抗率が１×１０⁷
Ω・ｃｍ未満の場合、過電流による付着物８による被膜
の形成が生じる。逆に、ローラ５の体積抵抗値が１×１
０⁹ Ω・ｃｍより大きい場合、材料自身の抵抗値のばら
つきが大きくなり、クリーニング効率の低下を招く。従
って、ローラ５の体積抵抗値としては、１×１０⁷ 〜１
×１０⁹ Ω・ｃｍとすることで良好なクリーニング性能
を得ることができる。

【００２５】図４は、上記第１のクリーニング手段を構
成するローラの周速比とクリーニング効率との関係を示
す図である。同図に示すように、ローラ２の感光体ドラ
ム１０に対する周速比が５０〜５００％の範囲で感光体
ドラム１０の回転方向と逆方向に回転させることによ
り、回収したトナー７がローラ４から飛散することなく
感光体ドラム１０の表面からトナー７を除去することが
できる。好ましくは、ローラ２の感光体ドラム１０に対
する周速比が１００〜３００％において感光体ドラム１
０の表面からのトナー７の分離性が高まり、極めて良好
なクリーニング性能を得ることができる。

【００２６】図５は、上記第２のクリーニング手段を構
成するローラの画像形成装置に対する周速比とクリーニ
ング効率との関係を示す図である。同図に示すように、
ローラ５は、感光体ドラム１０に対する周速比が５０〜
５００％の範囲で感光体ドラム１０の回転方向と同方向
に回転させることにより、トナー以外の付着物８を除去
することができる。詳細には、周速比が１００％以上で
クリーニング効率が高まり、２００％を超えるとローラ
５と感光体ドラム１０の表面との機械的剪断力が大きく
なり、両者の回転負荷変動が発生するなどの不具合を生
じる。このため、好ましくは感光体ドラム１０との周速
比が１００％〜２００％の範囲でローラ５を回転させる
ことにより良好なクリーニング性能を得ることができ
る。

【００２７】図６および図７は、この発明の第３の実施
例に係る画像形成装置のクリーニング装置の構成を示す
図である。同図に示すように、図１および図２に示した
電源回路３に代えて直流電源回路１３および交流電源回
路１４を備えている。この構成により、感光体ドラム１
０の表面からトナー７を回収する第１のクリーニング手
段であるローラ２には、直流電源１３から直流バイアス
電圧が印加されるとともに、交流電源１４から交流バイ
アス電圧が印加される。

【００２８】この直流電源１３および交流電源１４から
ローラ２に印加する電圧は、間隙ｄの大きさなどの条件
に従って決定される。例えば、間隙ｄを２００μｍとし
た場合、交流バイアス電圧のみの振動電圧の片振幅幅の
絶対値が、感光体ドラム１０の帯電電位の絶対値よりも
大きく、且つ、２．７ｋＶ以下であり、さらに残留トナ
ー７が静電的に振動しやすい条件として、交流バイアス
電圧の周波数は３ｋＨｚ、且つ、ピーク間電圧２ｋＶｐ
−ｐを印加する。このとき、直流バイアス電圧として−
２００Ｖを印加する。

【００２９】なお、交流バイアス電圧は、残留トナー７
に静電的な振動力を与えることができればよく、その印
加波形としては、正弦波、矩形波、三角波、矩形波の微
分波または矩形波の積分波などが考えられ、直流バイア
ス電圧を境に振動する印加波形であればこれらに限らな
い。

【００３０】このように、ローラ２に対して直流バイア
ス電圧に加えて交流バイアス電圧を印加すると、交流バ
イアス電圧により静電的な振動力が感光体ドラム１０の
表面に残留したトナー７に作用する。すなわち、感光体
ドラム１０の表面においてトナー７は多層構造で付着し
ており、交流バイアス電圧により与えられる振動力によ
りトナー粒子７は最も外側に位置するものから順次往復
飛翔運動を与えられ、適当な衝突を繰り返して感光体ド
ラム１０の表面とローラ２の表面との間の間隙ｄ内にお
いて浮遊した状態となる。このように交流バイアス電圧
により残留トナー７の感光体ドラム１０に対する吸着力
を緩和し、直流バイアス電圧によって残留トナー７をロ
ーラ２の表面に引きつけ易くすることができる。

【００３１】図８および図９は、上記第３の実施例のク
リーニング装置において、第のクリーニング手段を構成
するローラに印加されるバイアス電圧の周波数およびピ
ーク間電圧のそれぞれとクリーニング効率との関係を示
す図である。同図に示すように、トナーの比電荷が１３
μＣ／ｇの場合では、直流バイアス電圧に交流バイアス
電圧を重畳した振動電圧を印加する場合の交流バイアス
電圧印加条件として、周波数が５００Ｈｚ〜６ｋＨｚ、
ピーク間電圧５００Ｖ〜５ｋＶｐ−ｐ、好ましくは周波
数１．５〜５ｋＨｚ、ピーク間電圧１〜４ｋＶｐ−ｐと
することにより、残留トナー７の浮遊状態への活性化効
率が高まり、残留トナー７が感光体ドラム１０の表面か
ら分離し易くなってクリーニング効率が著しく向上す
る。これは、トナーの飛翔閾値電圧や飛翔共鳴周波数な
どの安定性が向上するためであると考えられる。

【００３２】なお、図３〜５，８，９におけるクリーニ
ング効率は、感光体ドラム１０上に付着しているトナー
のクリーニング前後の光学濃度を測定したものである。
具体的には、ＪＩＳ Ｋ７６１１「一般用写真印画紙の
写真特性の測定方法」に従って、感光体ドラム１０上の
トナーをテープにより剥離し、テープに付着したトナー
の濃度を反射濃度計によって光学的に測定したものであ
る。このトナー濃度の測定をクリーニングの前後におい
て測定し、クリーニング効率をＣＲ、クリーニング前後
の濃度比をＲとして、 ＣＲ＝（１−Ｒ）×１００ により求めたものである。

【００３３】図１０は、この発明の第４の実施例に係る
画像形成装置のクリーニング装置の構成を示す図であ
る。同図に示すクリーニング装置は、第１のクリーニン
グ手段の上流側にコロナ放電器１９および除電ランプ２
０からなる除電手段を備えたものである。コロナ放電器
１９はコロトロンまたはスコロトロンの何れであっても
よい。このように除電手段を備えることにより、感光体
ドラム１０の表面における残留電荷を除去し、感光体ド
ラム１０の表面における残留トナー７の付着力を弱め、
第１のクリーニング手段を構成するローラ２による残留
トナー７の回収能力を向上し、クリーニング効率を向上
させることができる。

【００３４】図１１は、この発明の第５の実施例に係る
画像形成装置のクリーニング装置の構成を示す図であ
る。同図に示すように、第１のクリーニング手段を構成
するローラ２から現像装置２１に対して搬送スクリュー
２２が設けられている。これによって、感光体ドラム１
０の表面からローラ２により回収された残留トナー７
は、ブレード９によりローラ２の表面から掻き落とされ
た後、スクリュー２２により現像装置２１の現像槽に搬
送されて再利用される。これによって、トナーを効率的
に使用することができる。

【００３５】

【発明の効果】請求項１に記載した発明によれば、画像
形成体の表面に残留したトナーおよびトナー以外の付着
物を第１のクリーニング手段および第２のクリーニング
手段により個別に回収することができ、画像情報形成体
の表面を損傷することなく長期間にわたって良好なクリ
ーニング性能を維持し、画像情報形成体の長寿命化およ
び高速化を図ることができる利点がある。

【００３６】請求項２に記載した発明によれば、画像情
報形成体の表面との間のバイアス電圧を印加された回転
体の静電力により、画像情報形成体の表面に残留したト
ナーを確実に回収することができるとともに、画像情報
形成体の表面に柔軟性をもって圧接摺動する部材の機械
的剪断力により、画像情報形成体の表面に残留した紙粉
やタルクなどのトナー以外の付着物を確実に回収するこ
とがてきる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例に係る画像形成装置の
クリーニング装置の構成を示す図である。

【図２】この発明の第２の実施例に係る画像形成装置の
クリーニング装置の構成を示す図である。

【図３】同クリーニング装置の第２のクリーニング手段
に含まれるローラの体積抵抗値とクリーニング効率との
関係を示す図である。

【図４】同ローラの周速比とクリーニング効率との関係
を示す図である。

【図５】上記クリーニング装置の第１のクリーニング手
段に含まれるローラの周速比とクリーニング効率との関
係を示す図である。

【図６】この発明の第３の実施例に係る画像形成装置の
クリーニング装置の構成を示す図である。

【図７】この発明の第３の実施例に係る画像形成装置の
クリーニング装置の構成を示す図である。

【図８】第３の実施例に係るクリーニング装置の第１の
クリーニング手段に含まれるローラに対する印加電圧の
周波数とクリーニング効率との関係を示す図である。

【図９】同印加電圧のピーク間電圧とクリーニング効率
との関係を示す図である。

【図１０】この発明の第４の実施例に係る画像形成装置
のクリーニング装置の構成を示す図である。

【図１１】この発明の第５の実施例に係る画像形成装置
のクリーニング装置の構成を示す図である。

【図１２】従来のクリーニング装置を備えた画像形成装
置の要部の構成を示す図である。

【符号の説明】

１−クリーニング装置 ２−ローラ（第１の回転体） ３−電源装置 ４−ブレード ５−ローラ（第２の回転体） ７−残留トナー ８−付着物 １０−感光体ドラム（画像情報形成体）

フロントページの続き (72)発明者 山田 雅則 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 光岡 徹典 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像情報形成体の表面に電子写真法により
   形成された静電潜像をトナーにより顕像化し、転写材上
   に転写する一連の画像形成プロセスの後に、画像情報形
   成体の表面の残留物を除去する画像形成装置のクリーニ
   ング装置において、 画像情報形成体の表面からトナーを除去する第１のクリ
   ーニング手段と、第１のクリーニング手段の画像形成プ
   ロセスの下流側に画像情報形成体の表面からトナー以外
   の付着物を除去する第２のクリーニング手段と、を設け
   たことを特徴とする画像形成装置のクリーニング装置。
2. 【請求項２】前記第１のクリーニング手段が、 画像情
   報形成体の表面に間隙を設けて対向配置した第１の回収
   体、および、第１の回収体に画像情報形成体との間のバ
   イアス電圧を印加する電源手段から構成され、前記第２
   のクリーニング手段が、画像情報形成体の表面に圧接し
   て摺動する柔軟性を有する第２の回収体である請求項１
   に記載の画像形成装置のクリーニング装置。